生理学的研究对象生理学(PhySioIOgy)是生物科学的一个重要分支，是一门研究机体生命活动各种现象及其功能活动规律的科学。所谓机体,指的是有机体,即生物体,是自然界中有生命物体的总称。因此,生理学对不同研究对象进行研究,也形成了不同的生理学科。按不同的研究对象,可分为动物生理学(animalPhySiOIOgy)、植物生理学(PIantPhySiOIOgy)、人体生理学(human physiology)等。按研究对象所处的环境状态不同,又可分太空生理学(SPaCePhySiOIOgy);潜水生理学(divingPhySiOIOgy)_{A}高原生理学(PIateaUPhySioIOgy)等。 生理学的研究任务人体生理学(human physiology)是研究人体功能活动及其规律的科学。人体是一个结构功能极其复杂的统一整体,在人体生理学的研究任务中,既要研究人体各系统器官和不同细胞正常生命的功能活动现象和规律并阐明其内在机制,又要研究在整体水平上各系统、器官、细胞乃至基因分子之间的相互联系,因为生命活动实际上是机体各个细胞乃至生物分子、器官、系统所有功能活动互相作用、统一整合的总和。随着分子生物学的研究不断深入,细胞生理学的研究也不断纵深发展。在分子水平上的研究已成常态。转化医学的问世,也使生理学的研究密切与生物化学、病理学、病理生理学、药理学和各临床学科互相联系。生理学也不断从研 生理学与医学的关系生理学与医学有着密切的联系。在基础医学中,病理学、病理生理学、药理学的研究都建立在生理学的研究基础上进一步发展,如对于强心药物的药效评价,常采用正常心功能曲线作为参照。此外,基础医学中的很多研究方法也是从生理学的研究方法发展而来的。如器官灌流、电生理技术等均被广泛应用于医学相关领域的研究中。12第一章绪论在临床医学中,人们通过观察、体验、总结积累了很多关于人体正常功能的知识,并形成了一些生理学的概念。如美国外科医生William BeaUmont在1822年通过观察因猎枪走火导致胃痿的患者,发现了胃体运动和胃酸分泌规律萍。一些基本生理活动,如体温、心率、呼吸和血压均是临床上必不可少的观察指标,而生理学为其提供了正常的参考值范围。 生理学的认识层次细胞(Cell)是构成人体的最基本结构和功能单位,单细胞生物体的全部生命活动都发生在一个细胞内。在人体,不同的细胞群构成了各种组织和器官,功能相同的器官组成了系统,它们各司其职,互相联系,密切配合,构成了机体生命活动的整体总和。例如,人体的每个细胞都要进行新陈代谢的生命活动,这就需要向外界获取营养物质,借助于消化系统,机体可向外界摄取食物等,并对其进行消化和吸收,以补充细胞新陈代谢所需要的能量和原料。而消化系统与血液循环系统、呼吸系统、泌尿系统、神经和内分泌系统的互相配合,使机体的总体生命活动协调和谐地进行。从消化道吸收的营养物质等以血液为载体借助于循环系统运输至全身;机体的能 动物实验动物实验按其进程通常可分为急性实验和慢性实验萍。急性实验(acute experiment)是以动物活体标本或完整动物为实验对象,人为地控制实验条件,在短时间内对动物标本或动物整体特定的生理活动进行观察和干预并记录其实验结果作为分析推断依据的实验。实验通常具有损伤性,甚至不可逆转,可造成实验对象的死亡。急性试验可分为在体(in Vivo)实验和离体(in Viro)实验。在体实验是指在麻醉或清醒状态下的动物身上进行的观察或实验,也称活体解剖实验。在体实验的条件易于控制,实验较简单。离体实验是将器官或细胞从体内分离出来,在一定实验条件下进行的研究。它有利于排除无关因素的影响,但实验在特定的条件下进行,其获取的结果不一定能代表在自然条件下的整体活动情况。 人体生理研究由于伦理学的限制，早期的人体生理研究主要是以调查和记录人体的一些生理参数资料为主，如人体身高、体重、血压、心率、肺活量、血细胞数量等。也可观察、记录人体处于高温、低氧(高原)、失重(航空)等环境下习服的生理适应性改变。随着现代科学技术的迅猛发展,特别是电子技术、光化学技术、声学技术等日新月异的进步,让人体的无创性研究成为了可能。心电图、脑电图、超声和X光影像技术为人体生物电和器官形态功能的研究提供了条件。特别是近年来生物芯片、计算机微电子技术给人体的研究带来了新的手段。人们可以在生命伦理学的指导下,通过人体活动的基本数据的收集、分析乃至大数据海量挖掘等方法,以获取更加有用的生理学资料,为临床医学提供更有指导性的实验依据。 科学方法是解开生理学问题的钥匙运用正确的科学方法进行生理学的研究,是获得生理学真知的重要途径。过往人们对生理学的研究,从初步观察记录开始,并通过假设推断来认识人体的构造和生理活动方式。公元23世纪,古罗马医生盖伦(ClaUdUS Galen)就开始采取观察、假设、类比思维的方法认识人体生理学,直至威廉·哈维开辟了直接向现象求知,通过实验求证问题的科学方法,生理学研究才走上现代实验科学的正确轨道(图1·2)。科学方法包括研究技术手段和方法论,前者多借助于当代先进的科学技术和方法来开展研究;后者是指进行科学研究时采用的工作方法和思维模式,在长期的科学研究中已形成问题的提出一假设一设计实验验证假设一实验(观察、记录、收集资料证据)一讨论分析一得出结论(证实或推翻先前的假设》”的工作思维模式。 新陈代谢机体要生存,就得不断与环境进行物质和能量交换,摄取营养物质以合成自身的物质,同时不断分解自身衰老退化物质,并将分解产物排出体外。这种自我更新过程称为新陈代谢。由于新陈代谢包括体内各种物质的合成、分解和能量转化利用,故包含物质代谢(合成代谢、分解代谢)和能量代谢(能量产生及转换利用)。新陈代谢一旦停止,生命活动就会结束,因此新陈代谢是机体生命活动最基本的特征。 兴奋性机体生存在一定的环境中,当环境发生变化时,机体会主动对环境的变化作出适宜的反应,比如单细胞生物阿米巴原虫摄食时可伸出伪足,包围并摄入食物颗粒,而一旦碰到有害物质,伪足会立刻游走避开。在日常生活中，当人的手接触到发烫的热水时，会马上缩回来，避开热水的烫伤；人的眼睛看到强光时,瞳孔会立即缩小,避免强光对眼睛的伤害。在生理学上,这种作用于机体的内外环境变化称为刺激(StilnUIUS),而机体对刺激所产生的应答性变化称为反应(response)。通常机体内不同的组织细胞对刺激所产生的反应表现出不同的形式。比如,神经细胞(包括感受器)对刺激表现出来的反应形式是产生和传导动作电位;骨骼肌、心肌、平滑肌表现为收缩和舒张;而各种腺体则表现为分泌腺液。 适应性生物体所处的环境无时不在发生着变化。比如大气的气压、温度、湿度等在不同季候中的变化差别很大。人类在长期的进化过程中，已逐步建立了一套通过自我调节以适应生存环境改变需要的反应方式。机体按环境变化调整自身生理功能的过程称为适应(adaptation)。机体能根据内外环境的变化调整体内各种活动,以适应变化的能力称为适应性。适应可分为生理性适应和行为性适应两种,如长期居住高原地区的人，其血中红细胞数和血红蛋白含量比居住在平原地区的人要高，以适应高原缺氧的生存需要,这属于生理性适应;寒冷时人们通过添衣和取